(57)【要約】【課題】  フィーダ内での複合材料のブリッジを解消し、円滑な充填を実現し、例えば高速成形を可能とする。【解決手段】  磁性粉末と樹脂材料とを混合した複合材料８をフィーダ６の往復運動により金型キャビティ２内に供給し、圧縮成形する樹脂結合型永久磁石の製造方法である。フィーダ６の往復運動による複合材料８の供給に際し、金型キャビティ２内に中棒５を配置し、当該中棒５の先端がフィーダ６の複合材料収容空間７内に挿入されるように中棒５を上下動させる。これにより、フィーダ６内での複合材料８のブリッジを解消する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粉末と樹脂材料とを混合した複合材料をフィーダの往復運動により金型キャビティ内に供給し、圧縮成形する樹脂結合型永久磁石の製造方法であって、
前記フィーダの往復運動による複合材料の供給に際し、前記金型キャビティ内に中棒を配置し、当該中棒の先端が前記フィーダの複合材料収容空間内に挿入されるように中棒を上下動させることを特徴とする樹脂結合型永久磁石の製造方法。
【請求項２】
前記中棒の上下動は、前記複合材料の供給の間に１〜５回とすることを特徴とする請求項１記載の樹脂結合型永久磁石の製造方法。
【請求項３】
前記中棒の上下動の振幅を０．５ｍｍ〜１５ｍｍとすることを特徴とする請求項１または２記載の樹脂結合型永久磁石の製造方法。
【請求項４】
前記中棒の先端面が金型キャビティの上端面と略同一面となるように中棒を後退させ、前記圧縮成形を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の樹脂結合型永久磁石の製造方法。
【請求項５】
樹脂結合型永久磁石を１分間当たり６０個以上の成形速度で成形することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の樹脂結合型永久磁石の製造方法。
【請求項６】
前記磁性粉末と樹脂材料とを混合する際に加える樹脂材料の添加量が、磁性粉末に対して１．０〜５．０質量％であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の樹脂結合型永久磁石の製造方法。
【請求項７】
前記磁性粉末が鱗片状の粉末であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の樹脂結合型永久磁石の製造方法。
【請求項８】
前記磁性粉末の平均粒径が１０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の樹脂結合型永久磁石の製造方法。
【請求項９】
前記磁性粉末は、希土類磁石粉末であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の樹脂結合型永久磁石の製造方法。
【請求項１０】
前記樹脂材料が熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の樹脂結合型永久磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性粉末と樹脂材料とを混合した複合材料からなる樹脂結合型永久磁石の製造方法に関するものであり、前記複合材料の円滑な充填を実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性粉末（磁石粉末）と樹脂材料とを混合した複合材料からなる樹脂結合型永久磁石（いわゆるボンド磁石）は、焼結磁石に比べて例えば円筒形状等への成形が容易であることから、近年、家電製品や産業機器向けのモータやアクチュエータ等への利用が進んできている。特に、小型のモータやアクチュエータ等においては軽量化が進められており、前記樹脂結合型永久磁石は、この点においても焼結磁石より有利である。
【０００３】
ところで、樹脂結合型永久磁石においても、高性能化が進められており、磁性粉末として、従来用いられてきたフェライト磁石粉末に代わり、ＳｍＣｏ系磁石粉末やＮｄＦｅＢ系磁石粉末等の希土類系磁性粉末が使用されるようになってきている。また、さらなるモータの小型化や高性能化等が進むにつれ、使用される樹脂結合型永久磁石には、肉厚を薄くしながら高特性化することが要求されている。
【０００４】
樹脂結合型永久磁石の高性能化には、成形密度を向上する上で有利な圧縮成形が好適であると考えられるが、成形する樹脂結合型永久磁石の肉厚が０．５ｍｍ以下になると、圧縮成形が非常に困難になる。特に、肉厚を薄くし、なおかつ比較的長尺なリング状の樹脂結合型永久磁石の成形を考えた場合、前記複合材料を円滑に充填することが難しく、磁気特性や圧環強度に優れた樹脂結合型永久磁石を作製することは難しい。
【０００５】
このような状況から、圧縮成形に際して、金型キャビティ内に複合材料を円滑に充填するための技術が検討されている（例えば、特許文献１等を参照）。特許文献１記載の発明は、キャビティ内のブリッジングを無くし、粉末を均等に充填させる方法、及びそのプレス成形型を提供するものである。具体的には、キャビティ構成用の貫通部が形成されたダイスと、その貫通部に嵌挿して同貫通部でリング状粉末成形体用粉末のキャビティを構成する下パンチと、その下パンチに上下動可能に貫入された下部コアと、前記キャビティに嵌挿する外形を有し且つ前記下部コアを収容するガイド孔を穿設した上下動可能な上パンチとからなるプレス成形型へのリング状粉末成形体の粉末充填方法において、前記下部コアを回転及び／または上下振動させてリング状粉末成形用の粉末を充填することを特徴としている。
【０００６】
すなわち、前記特許文献１記載の発明では、キャビティ空間内で下部コアを上下動させることにより、供給される粉末がキャビティ空間内でブリッジングを起こさないようにし、キャビティ空間内に粉末が均等に充填されるようにしている。
【特許文献１】特開平８−３３２５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、前記特許文献１記載の技術は、特に高速成形時において有効に機能せず、必ずしも十分な充填速度及び充填性を実現することができないことがわかった。そして、その原因は、高速成形を行う場合、フィーダの複合材料収容空間内において複合材料にブリッジが発生することによるものと推測された。前記特許文献１記載の技術では、下部コアはキャビティ空間内で上下動されるにとどまるため、前記フィーダの複合材料収容空間内において複合材料のブリッジには有効に作用しない。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の有する欠点を解消することを目的に提案されたものであり、フィーダの複合材料収容空間内において複合材料のブリッジを解消することができ、例えば高速成形においても良好な充填性を実現し、磁気特性や圧環強度に優れた樹脂結合型永久磁石を製造可能とする樹脂結合型永久磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の目的を達成するために、本発明の樹脂結合型永久磁石の製造方法は、磁性粉末と樹脂材料とを混合した複合材料をフィーダの往復運動により金型キャビティ内に供給し、圧縮成形する樹脂結合型永久磁石の製造方法であって、前記フィーダの往復運動による複合材料の供給に際し、前記金型キャビティ内に中棒を配置し、当該中棒の先端が前記フィーダの複合材料収容空間内に挿入されるように中棒を上下動させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の樹脂結合型永久磁石の製造方法においては、磁性粉末と樹脂材料とを混合して複合材料とした後、この複合材料をフィーダの往復運動により金型キャビティ内に供給する。このとき、例えば成形速度が速くなると、フィーダの複合材料収容空間内において、複合材料のブリッジが発生し、円滑な充填の妨げになる。特に、金型キャビティの開口が狭い場合に顕著である。
【００１１】
そこで、本発明では、金型キャビティ内に中棒を設置し、この中棒の先端が前記フィーダの複合材料収容空間内に挿入されるように、中棒を上下動する。フィーダの複合材料収容空間内に中棒を挿入して上下動すれば、前記フィーダ内の複合材料に物理的な力が直接加わることになる。したがって、フィーダの複合材料収容空間内において、複合材料がブリッジを起こしていたとしても、前記中棒の上下動によってブリッジが速やかに解消され、金型キャビティへの複合材料の円滑な充填が実現される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の製造方法によれば、フィーダの複合材料収容空間内において発生した複合材料のブリッジを速やかに解消することができ、成形用の複合材料を円滑に金型キャビティ内に導くことができる。したがって、例えば高速での成形等に際しても良好な充填性を実現することが可能であり、磁気特性や圧環強度等に優れた樹脂結合型永久磁石を製造可能することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した樹脂結合型永久磁石の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
本発明の樹脂結合型永久磁石の製造方法において、樹脂結合型永久磁石は、所定の粒径に粉砕した磁性粉末に樹脂材料を加えて混合し、複合材料とした後、成形工程において圧縮成形することにより所定の形状に成形される。
【００１５】
ここで、用いる磁性粉末としては、フェライト磁石粉末（例えば、Ｓｒ系フェライト粉末やＢａ系フェライト粉末等）や、希土類金属磁石粉末（例えば、ＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＦｅＮ系等）等を挙げることができる。これらの中から要求される特性に応じて選定すればよい。特に、高性能な樹脂結合型永久磁石を作製するためには、希土類金属磁石粉末が好適である。
【００１６】
希土類金属磁石粉末は、希土類元素を主成分とするものであり、磁石組成としては、例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、但し希土類元素はＹを含む概念である。ＴはＦｅまたはＦｅ及びＣｏを必須とする遷移金属元素の１種または２種以上であり、Ｂはホウ素である。）系希土類金属磁石粉末とする場合、磁気特性等の観点から、例えば希土類元素Ｒが１０〜３０原子％、ホウ素Ｂが２〜２８原子％、残部（４２〜９０原子％）が遷移金属元素Ｔとなるような組成とすることが好ましい。ここで、Ｒは、希土類元素、すなわちＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる１種、または２種以上である。中でも、Ｎｄは、資源的に豊富で比較的安価であることから、主成分をＮｄとすることが好ましい。
【００１７】
あるいは、添加元素Ｍを加えて、Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｍ系希土類金属磁石粉末とすることも可能である。この場合、添加元素Ｍとしては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｗ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｂｉ、Ｇａ等を挙げることができ、これらの１種または２種以上を選択して添加することができる。これら添加元素Ｍの添加量は、残留磁束密度等の磁気特性を考慮して、総量で１０原子％以下とすることが好ましい。添加元素Ｍの添加量が多すぎると、磁気特性が劣化するおそれがある。
【００１８】
前記磁性粉末の形態や粒径等は、任意であり、作製する樹脂結合型永久磁石の形状、寸法、さらには作製する樹脂結合型永久磁石に要求される磁気的特性や機械的特性等の性能に応じて選定すればよい。特に、磁性粉末の充填性を高め、例えばリング状に成形した場合の圧環強度を高めるためには、鱗片状の磁性粉末の使用が好ましい。鱗片状の磁性粉末は、互いに重なり合う形で充填され、優れた充填性を発揮する。また、前記磁性粉末の粒径は、平均粒径が１０μｍ〜２００μｍ、最大粒径が５００μｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
一方、樹脂材料としては、熱硬化性樹脂が好ましく、例えばエポキシ樹脂やフェノール樹脂等が好適である。勿論、これに限らず、この種の樹脂結合型永久磁石に用いられる樹脂材料として知られるものであれば、いずれも使用可能である。
【００２０】
樹脂結合型永久磁石を製造するに際しては、先ず、混合工程において、前記磁性粉末と樹脂材料とを混合する。前記混合は、例えば有機溶剤によって樹脂材料を希釈し、磁性粉末と混合する、湿式混合等の方法により行えばよい。この場合、有機溶剤としては、アセトンやトルエン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の汎用溶剤を用いることができる。
【００２１】
前記混合工程における樹脂材料の添加量としては、磁性粉末に対して樹脂材料を１．０質量％〜５．０質量％とすることが好ましい。前記範囲を超えて樹脂材料が多すぎると、相対的に磁性粉末の占める割合が減少し、十分な磁気特性が得られなくなるおそれがある。逆に、樹脂材料の添加量が少なすぎると、磁性粉末を十分に結着することができなくなる可能性があり、成形される樹脂結合型永久磁石において強度等が問題となるおそれがある。
【００２２】
混合工程の終了の後、必要に応じて分級工程において、所定の粒度範囲にある成形用粉末と、これよりも粒径の大きな粗粉末とに分離する。分級範囲としては、例えば３０μｍ〜１５０μｍ（平均粒径１００μｍ程度）であり、粒径が１５０μｍを超える磁性粉末を粗粉末として分離する。
【００２３】
成形工程では、前記所定の粒度範囲にある成形用粉末を成形材料（複合材料）とし、これを例えば金型を用いて所定の形状に圧縮成形する。このとき、成形する樹脂結合型永久磁石の形状、大きさ等は任意であり、例えば使用されるモータやアクチュエータ等の形状に沿った円筒状（リング状）、あるいは円弧面を持つ形状（瓦状）等が代表的である。特に肉厚が薄く（例えば厚さ０．５ｍｍ以下程度）で長尺（例えば長さ３．０ｍｍ以上）のリング状磁石［例えば外径寸法（直径）３ｍｍ〜５ｍｍ程度］とする場合に本発明の製造方法が有効である。
【００２４】
成形に際して、圧縮成形圧力は、７８４ＭＰａ（８ｔｆ／ｃｍ２）以上とすることが好ましく、９８０ＭＰａ（１０ｔｆ／ｃｍ２）以上とすることがより好ましい。圧縮成形圧力を高めることにより、樹脂結合型永久磁石の高密度化を実現することができる。
【００２５】
ところで、前記圧縮成形に際して、例えば肉厚が薄く長尺状のリング磁石を成形する場合、金型の成形空間（キャビティ）は、開口面積が小さなスリット状の空間となる。このような開口面積が小さいスリット状の空間に複合材料を充填することは困難である。また、これに加えて、例えば鱗片状の磁性粉末を用い、毎分６０個以上、例えば毎分１２０個というような高速成形を行おうとする場合、複合材料を供給するフィーダの複合材料収容空間内において複合材料にブリッジが発生し、前記充填をさらに困難なものとする。
【００２６】
そこで、本発明においては、前記成形空間（金型キャビティ）内に中棒を設置し、この中棒を利用して前記フィーダの複合材料収容空間内において複合材料のブリッジを解消するとともに、開口面積が小さな金型キャビティ内での複合材料の充填性を改良することとする。
【００２７】
図１は、本発明の製造方法を実現するための成形装置の一例を示すものである。成形工程では、臼型と称される金型１のキャビティ２内にフィーダ内の複合材料を充填し、圧縮成形を行う。したがって、金型１のキャビティ２内には、複合材料の充填後、上下から上パンチ３及び下パンチ４が挿入され、これらによって複合材料の圧縮成形が行われる。
【００２８】
そして、前記下パンチ４には、これを貫通する形で中棒５が設けられ、前記金型キャビティ２内に挿入されている。この中棒５は、例えばリング状の樹脂結合型永久磁石を成形する場合には、中心孔を成形する役割を果たし、この場合には、中棒５の外径寸法をリング状樹脂結合型磁石の内径寸法に応じて設定する。
【００２９】
前記中棒５は、例えばエアシリンダ等によって下パンチ４に対して上下動自在とされており、図中矢印ｙ方向に上下運動し、いわゆるタッピングを行うことが可能である。この中棒５の上下動の範囲は、前記金型キャビティ２の深さ範囲に止まらず、前記中棒５の先端部が臼型である金型１の上端面よりも上方で上下運動させることを可能としてある。
【００３０】
一方、前記金型キャビティ２内への複合材料の供給は、図２に示すように、フィーダ６によって行われる。フィーダ６の底面は開放されており、フィーダ６を金型キャビティ２上で矢印ｘ方向に往復動させると、この開放された底面から複合材料収容空間７内の複合材料８が金型キャビティ２内へ落下し、充填が行われる。
【００３１】
ただし、前記のように複合材料８がフィーダ６の複合材料収容空間７内でブリッジを形成すると、円滑な充填が難しい。そこで、図２に示すように、前記中棒５の先端部を金型キャビティ２内から飛び出させ、前記複合材料収容空間７内に入り込ませる。そして、この状態で中棒５の上下動（タッピング）を行う。これにより、前記複合材料８のブリッジが解消され、成形材料である複合材料は、速やかに金型キャビティ２内へ落下する。また、前記中棒５は、金型キャビティ２内でも上下に運動することになり、その結果、金型キャビティ２内における複合材料８の充填性改善にも寄与する。
【００３２】
前記中棒５の上下動は、前記フィーダ６が金型キャビティ２上で往復動している間に行う必要がある。この場合、前記中棒５の上下動の回数（タッピング数）は、１〜５回とすることが好ましい。高速成形の場合、フィーダ６が金型キャビティ２上に存在する時間が短いので、この間に速やかにタッピングを行う必要がある。通常、フィーダ６はカムによってその動作が制御され、カムを１回転することで、フィーダ６による１回の充填動作が完了する。フィーダ６が金型キャビティ２上に存在するのは、カムの回転角で９０°程度であり、カム１回転に対して１／４である。したがって、１分間に６０個以上、例えば１分間に１２０個成形を行おうとする場合、前記中棒５のタッピング数／タッピング時間は、１〜５回／［（６０秒／１２０個）／４］であり、周波数で表すと８〜４０Ｈｚということになる。
【００３３】
また、中棒５の上下動の振幅は、０．５ｍｍ〜１５ｍｍとすることが好ましい。中棒５の上下動の振幅が０．５ｍｍ未満であると、ブリッジの解消が十分に行われなくなるおそれがある。逆に、中棒５の上下動の振幅が１５ｍｍを超えると、機械的な動作が大きくなって、中棒５を上下動させる機構が大がかりとなり、また、高速成形の場合、フィーダ６の動作に追従させて高速で動作させることが難しくなるおそれがある。
【００３４】
フィーダ６による複合材料８の充填の後、フィーダ６は金型キャビティ２上から退避させる。このとき、中棒５の先端部は、金型１の上面（金型キャビティ２の上面）と略同一面となるまで後退させる。次いで図３に示すように、上パンチ３と下パンチ４で充填された複合材料８を圧縮成形する。上パンチ３には中棒５の先端部が挿入できるように挿通孔（もしくは貫通孔）３ａが形成されており、これにより、前記中棒５により中心孔が形成されたリング状の樹脂結合型永久磁石（リング状ボンド磁石）を成形することが可能になる。なお、上パンチ３に挿通孔（もしくは貫通孔）３ａが形成されていない場合には、前記上下パンチ３，４による圧縮成形に際し、前記中棒５は上パンチ３の押圧に追従する形とし、上パンチ３の押し込みに応じて先端面が上パンチ３と接した状態で後退するようにしてもよい。これにより、挿通孔もしくは貫通孔と前記中棒５との間で複合材料８をカジる可能性が無くなり効果的な圧縮成形が可能となる。
【実施例】
【００３５】
次に、本発明の具体的な実施例について、実験結果を基に説明する。
【００３６】
実施例
磁性粉末としてＮｄＦｅＢ系希土類金属磁石粉末［短径２０μｍ、長径１００μｍ（最大径１５０μｍ）、厚さ５μｍ程度の鱗片状粉末］を用い、これにエポキシ樹脂を３質量％加えて複合材料とした。この複合材料を用いて圧縮成形を行った。成形した樹脂結合型永久磁石は、外径３．８ｍｍ、内径３．０ｍｍ、長さ６．０ｍｍのリング状（肉厚０．４ｍｍ）である。
【００３７】
成形に際しては、図１から図３に示す成形装置を用い、フィーダ内に中棒の先端部を挿入し、上下動（タッピング）を行いながら複合材料の金型キャビティへの充填を行った。タッピング数は、各充填時、２回とした。その結果、毎分１２０個の成形が可能であった。また、表１に示すように、成形されたリング状の樹脂結合型永久磁石は、磁気特性や圧環強度、成形体密度に優れたものであった。
【００３８】
比較例１
先の実施例と同様、磁性粉末としてＮｄＦｅＢ系希土類金属磁石粉末［短径２０μｍ、長径１００μｍ（最大径１５０μｍ）、厚さ５μｍ程度の鱗片状粉末］を用い、これにエポキシ樹脂を３質量％加えて複合材料とした。
【００３９】
前記中棒によるタッピングは行わず、実施例と同様の樹脂結合型永久磁石の成形を行った。ただし、充填性にほとんど問題はなく、実施例と同様に、磁気特性や圧環強度、成形体密度に優れたものを得るために成形速度は、毎分２０個とした。この場合には、成形速度が遅く、生産性の悪いものであった。
【００４０】
比較例２
前記比較例１と同様、前記中棒によるタッピングは行わず、実施例と同様の樹脂結合型永久磁石の成形を行った。成形速度は、実施例と同様、毎分１２０個とした。この場合には、金型キャビティへの充填が充分ではなく、変形品が多発し、正常な形態の樹脂結合型永久磁石は、ほとんど成形することができなかった。
【００４１】
比較例３
金型キャビティ内でのみ中棒のタッピングを行い、他は実施例と同様に成形を行った。この場合、金型キャビティへの充填不良による各々の成形体に成形体密度のバラツキが生じ、実施例に比べて歩留まりが大きく低下した。
【００４２】
表１に、実施例及び各比較例におけるカムの回転数（１分間当たりの成形数）、タッピング回数、得られた成形体（樹脂結合型永久磁石）の製品強度、充填性、成形体密度を示す。なお、比較例２ではほとんど成形が不可能であり、各データはほとんど測定することができなかった。
【００４３】
【表１】
2006269657.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を適用した成形装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】フィーダの複合材料収容空間内への中棒挿入状態を示す概略断面図である。
【図３】圧縮成形状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  金型、２  金型キャビティ、３  上パンチ、４  下パンチ、５  中棒、６  フィーダ、７  複合材料収容空間、８  複合材料
【図１】
2006269657.tif 000004
【図２】
2006269657.tif 000005
【図３】
2006269657.tif 000006